Báo cáo thông tin vệ tinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO THÔNG TIN VỆ TINH Giảng viên hướng dẫn TS Lâm Hồng Thạch Nhóm sinh viên Nhóm 1 Phạm Thị Lan 20182630 Nguyễn Tiến Phong 20182720 Nguyễn Văn Huy 20182587 Nguyễn Hữu Hưng 20182563 Đặng Đình Khánh 20182597 Võ Minh Dũng 20182452 Hà Nội, 6 2022 2 PHÂN CHIA CÔNG VIỆC Họ và tên MSSV Phân chia công việc Đặng Đình Khánh 20182597 2 1,2 2 Chương 5 Nguyễn Tiến Phong 20182720 2 3 Chương 4 Nguyễn Văn Huy 20182587 2 4, bài tập 1,2 Chuyên đề 1 Nguyễn Hữu Hưng 20182563 Bài.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO THÔNG TIN VỆ TINH Giảng viên hướng dẫn: TS Lâm Hồng Thạch Nhóm sinh viên: Nhóm Phạm Thị Lan 20182630 Nguyễn Tiến Phong 20182720 Nguyễn Văn Huy 20182587 Nguyễn Hữu Hưng 20182563 Đặng Đình Khánh 20182597 Võ Minh Dũng 20182452 Hà Nội, 6-2022 PHÂN CHIA CÔNG VIỆC Họ tên MSSV Phân chia cơng việc Đặng Đình Khánh 20182597 2.1,2.2 Chương Nguyễn Tiến Phong 20182720 2.3 Chương Nguyễn Văn Huy 20182587 2.4, tập 1,2 Chuyên đề Nguyễn Hữu Hưng 20182563 Bài tập 3,4,5,6 Chuyên đề Phạm Thị Lan 20182630 Bài tập Chương Võ Minh Dũng 20182452 Chương 1,3 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THƠNG TIN VỆ TINH 1.1 Lịch sử phát triển thông tin vệ tinh Ngày 4/10/1957 Liên Xô đưa vệ tinh Sputnik lên quỹ đạo, mở kỷ nguyên người khai thác vũ trụ Năm 12/958, tập đoàn NASA Mỹ phóng lên quỹ đạo vệ tinh SCORE Các dịch vụ viễn thông thực qua vệ tinh bắt đầu phát triển năm 60 kỷ 20 Từ công nghệ truyền tin vệ tinh ngày phát triển hoàn thiện Ngày 18/4/2008, Vinasat-1 đưa lên quỹ đạo địa tĩnh Việt nam gia nhập nhóm nước có vệ tinh thơng tin 1.2 Đặc điểm hệ thống thông tin vệ tinh 1.2.1 Ưu điểm Vệ tinh phủ sóng vùng rộng lớn bề mặt Trái Đất Một vệ tinh địa tĩnh, điều kiện tối ưu, phủ sóng 40% diện tích bề mặt Trái Đất Thơng tin vệ tinh làm việc ổn định 24/7 điều kiện thời tiết Thiết bị phát sóng hệ thống truyền tin vệ tinh cần công suất bé Hiện có hệ thống thơng tin vệ tinh tồn cầu, kiện giới truyền hình trực tiếp cho người giới 1.2.2 Nhược điểm Chi phí đầu tư ban đầu xây dựng vận hành hệ thống tin vệ tinh lớn, thời gian phục vụ khơng kéo dài lâu (15-20 năm) Bên cạnh đòi hỏi giải pháp kỹ thuật tiên tiến, đại Khoảng cách thông tin lớn dẫn tới suy hao truyền sóng khơng gian tự lớn, trễ truyền dẫn lớn Thời gian truyền tuyến lên tuyến xuống trễ cỡ 0,25s Bức xạ sóng vơ tuyến thông tin vệ tinh bị tổn hao môi trường truyền sóng Cường độ trường điểm thu mặt đất phụ thuộc vào khoảng cách truyền sóng góc phương vị anten phát-thu 1.3 Quỹ đạo vệ tinh Hiện nay, thông tin vệ tinh, sử dụng vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh quỹ đạo phi địa tĩnh (quỹ đạo elip), hình Hình 1.1 Hai dạng quỹ đạo vệ tinh 1.3.1 Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh GEO (Geostationnary Earth Orbit) Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh quỹ đạo có mặt phẳng quỹ đạo trùng với mặt phẳng xích đạo Trái Đất Bán kính quỹ đạo địa tĩnh 42164 (km) Chu kỳ bay: 24 Vệ tinh địa tĩnh chuyển động theo quỹ đạo với vận tốc góc vận tốc góc Trái Đất , với điểm trái đất, vệ tinh dường đứng yên 1.3.2 Quỹ đạo Elip • Quỹ đạo elip tầm thấp (LEO- Low Earth Orbit), khoảng cách từ vệ tinh đến Trái Đất nhỏ 2000km • Quỹ đạo elip tầm trung (MEO- Medium Earth Orbit), khoảng cách từ vệ tinh đến Trái Đất nằm khoảng từ 2000 km đến 10000 km • Quỹ đạo elip tầm cao (HEO- High Earth Orbit), khoảng cách từ vệ tinh đến Trái Đất lớn, khoảng 36000 km 1.4 Sơ đồ khối hệ thống thơng tin Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống thông tin vệ tinh 1.5 Tài nguyên tần số • Phân định băng tần cho hệ thống thơng tin vê tinh • Các băng tần sử dụng phổ biến hệ thống thông tin vệ tinh o o o o o Băng C: Tuyến lên (Uplink): 5.925 - 6.425 GHz Tuyến xuống (Downlink): 3.7 - 4.2 GHz Băng Ku: Tuyến lên (Uplink): 14 - 14.5 GHz Tuyến xuống (Downlink): 10.95 - 12.75 GHz Băng Ka: Trên 20GHz (chưa khai thác) Tần số cao suy hao lớn, cần tìm giải pháp kỹ thuật phù hợp để đáp ứng cho hệ thống 1.6 Ứng dụng hệ thống thông tin 1.6.1 Trên giới Năm 1965, vệ tinh thương mại hệ thống INTELSAT-1 đưa vào quỹ đạo Năm 1987 TVSAT- vệ tinh dành cho dịch vụ truyền hình quáng bá đưa vào vận hành Ngày gần tất quốc gia vùng lãnh thổ giới sử dụng hệ thống thông tin vệ tinh, bao gồm phát truyền hình, dịch vụ mạng Internet, thơng tin định vị, cứu hộ, thông tin di động vệ tinh… 1.6.2 Tại Việt Nam Năm 2008 VINASAT-1 - vệ tinh viễn thơng Việt Nam phóng thành cơng vào quỹ đạo, phủ sóng phát truyền hình dịch vụ thơng tin khác tồn lãnh thổ Năm 2012, VINASAT-2 vệ tinh địa tĩnh thứ hai Việt Nam phóng vào quỹ đạo Năm 2013, đến lượt VN-RED SAT 1A vệ tinh viễn thám phi địa tĩnh đưa lên quỹ đạo, chụp ảnh khí tượng, đất đai, góp phần dự báo thời tiết, phục vụ nơng nghiệp, an ninh, quốc phịng 1.6.3 Internet vệ tinh Starlink dự án internet vệ tinh đầy tham vọng SpaceX nhằm xây dựng mạng internet kết nối với hàng nghìn vệ tinh để cung cấp đường truyền tốc độ cao cho người tiêu dùng ở đâu Trái đất Hai năm trước, Ủy ban Truyền thông Liên bang Mỹ FCC chấp nhận cho SpaceX phóng 11.943 vệ tinh Cơng ty đặt mục tiêu triển khai 4.425 vệ tinh quỹ đạo vào năm 2024 Theo CNET, hồ sơ gửi lên Ủy ban Truyền thông Liên bang Mỹ vào tuần này, SpaceX cho biết mạng Starlink họ có tốc độ từ 100/20 Mbps trở lên Hồ sơ khẳng định: "Hiệu suất Starlink không lý thuyết hay thử nghiệm Hơn 10.000 người dùng Mỹ nước ngồi sử dụng dịch vụ" Cơng ty cung cấp dịch vụ cho khách hàng chọn lọc Bắc Mỹ, Canada Anh. Trang CNBC cho biết dịch vụ Starlink có giá 99 USD/tháng, với chi phí trả trước 499 USD để đặt hàng Starlink Kit - dụng cụ bao gồm thiết bị đầu cuối (user terminal) router phát Wi-Fi để kết nối với vệ tinh 1.7 Câu hỏi tập Tại thông tin vệ tinh, tần số đường lên lại lớn tần số đường xuống? Trả lời: Trong thông tin vệ tinh, tần số cao suy hao nhiều muốn phát tần số cao u cầu máy phát cần có cơng suất phát lớn Thiết bị vệ tinh ngồi khơng gian lấy lượng chủ yếu từ lượng mặt trời nên bị hạn chế nhiều so với trạm mặt đất có nguồn cấp ổn định tần số tuyến lên từ trạm mặt đất cao tần số tuyến xuống từ trạm vệ tinh với mục đích để tiết kiệm lượng So sánh ưu nhược điểm vệ tinh thông tin sử dụng quỹ đạo địa tĩnh quỹ đạo elip Trả lời: • Quỹ đạo địa tĩnh (GEO): Hình 1.3 Quỹ đạo địa tĩnh GEO - Đặc điểm: o Quỹ đạo tròn, mặt phẳng quỹ đạo nằm mặt phẳng xích đạo góc nghiêng quay từ Tây sang Đơng o Bán kính quỹ đạo: 42164 km, độ cao vệ tinh so với mặt đất 35786 km o Vận tốc chuyển động vệ tinh với vận tốc góc trái đất nên chu kỳ quay (xấp xỉ 24h) - Ưu điểm: o Vị trí vệ tinh xem đứng yên so với mặt đất nên quỹ đạo lý tưởng cho vệ tinh thông tin đảm bảo thông tin ổn định liên tục 24h ngày, không cần điều chỉnh ăng-ten, khoảng cách xác định nên dễ dành tính tốn o Vùng phủ sóng rộng, vệ tinh địa tĩnh phủ sóng khoảng 40% diện tích bề mặt trái đất cần vệ tinh địa tĩnh phủ sóng tồn bề mặt trái đất - Nhược điểm: o Khoảng cách xa dẫn tới trễ suy hao lớn o Chịu ảnh hưởng thời tiết o Khơng thể phủ sóng nới có vĩ độ lớn o Quỹ đạo địa tĩnh quỹ đạo tồn nên coi tài nguyên có hạn dần bị cạn kiệt số lượng vệ tinh phóng lên ngày nhiều b) Quỹ đạo elip: Hình 1.4 Quỹ đạo Elip o o o o o - - Đặc điểm: Có loại quỹ đạo elip:  Quỹ đạo elip tầm thấp (LEO): từ vài trăm km đến 2000km  Quỹ đạo elip tầm trung (MEO): từ 2000km đến 10000km  Quỹ đạo elip tầm cao (HEO): từ độ cao vệ tinh đến vệ tinh địa tĩnh Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng so với mặt phẳng xích đạo Viễn điểm (Apogee) cách trái đất 40000km Cận điểm (Perigee) cách trái đất 5000km Vệ tinh quay từ Tây sang Đông Ưu điểm: o Phú sóng tồn bề mặt trái đất kể chỏm cầu Bắc Cực Nam Cực o Góc ngẩng lớn nên giảm tạp âm mặt đất gây o Quỹ đạo LEO MEO có khoảng cách tới trái đất ngắn vệ tinh địa tĩnh nên trễ suy hao nhỏ - Nhược điểm: o Để đảm bảo thông tin liên tục 24h cần sử dụng nhiều vệ tinh o Xảy hiệu ứng Doppler di chuyển liên tục vệ tinh so với ăng-ten thu dẫn tới phổ tín hiệu thu bị dịch, thay đổi tần số thu o Ăng-ten thu phải điều chỉnh liên tục theo vệ tinh nên hệ thống phức tạp Tính vĩ độ cao mà vệ tinh địa tĩnh phủ sóng bề mặt trái đất Trả lời: Vĩ độ cao vệ tinh địa tĩnh phủ sóng: Trình bày hiểu biết bạn Vinasat-1, Vinasat-2 Trả lời: • Vinasat-1: Dự án quốc gia vệ tinh Vinasat-1 khởi xướng từ năm 1998, đến ngày 19/4/2008 từ bãi phóng Kourou (French Guiana) vệ tinh thương mại Việt Nam Vinasat-1 phóng thành cơng lên quỹ đạo đánh dấu bước phát triển ngành viễn thông chủ quyền Việt Nam quỹ đạo khơng gian Vinasat-1 có tổng mức đầu tư 200 triệu USD với thời gian hoạt động 15 năm giao cho tập đồn VNPT triển khai vận hành Nhờ có vệ tinh Vinasat-1 giúp tiết kiệm ngoại tệ cho đất nước khoảng 10 triệu USD năm giảm giá cước viễn thông đáng kể hạn chế việc th bang tần từ vệ tinh nước ngồi Để phóng vệ tinh lên quỹ đạo, Việt Nam đàm phán với 27 quốc gia vùng lãnh thổ để có vị trí 132 độ kinh đơng quỹ đạo địa tĩnh - Thông số kĩ thuật: o Cao mét, trọng lượng khoảng 2,7 o Dung lượng 20 phát đáp (8 bang C mở rộng, 12 băng Ku) 10 4.4.2.2 Điều chế QPSK Khái niệm: q trình điều chế pha sóng mang với trạng thái khác vng góc với 1 0 0 Hình 5.19: Giản đồ trạng thái điều chế QPSK 4.4.3 Điều chế khóa dịch tần FSK (Frequency Shift Keying) Khái niệm: Tín hiệu FSK có dạng sóng dao động có tần số khác nhau, bit đặc trưng tần số khác tín hiệu - Dùng tần số khác sóng mang để biểu diễn bit - Tần số cao với mức thấp với mức Dạng sóng tín hiệu điều chế FSK Hình 5.20 Dạng sóng tín hiệu FSK 4.4.4 Điều chế QAM (Quadrature Aplitude Modulation) Khái niệm: Điều chế QAM dạng điều chế sóng mang điều biến biên độ pha ASK PSK có hiệu suất phổ tần thấp nên khơng thích hợp với việc truyền dẫn tốc độ bit cao dòng kênh với độ rộng băng tần hạn chế nên M>8 người ta thơng thường dùng QAM Hình 5.21 Giản đồ chịm 16-QAM QAM phương thức kết hợp ASK PSK cho ta khai thác tối đa khác biệt đơn vị tín hiệu Các trạng thái pha tín hiệu 16-QAM CHƯƠNG ĐA TRUY NHẬP TRONG THƠNG TIN VỆ TINH 5.1 Khái niệm phần loại Đa truy nhập kỹ thuật nhiều người sử dụng lúc truy nhập vào hệ thống để sử dụng, khai thác tài nguyen hệ thống Hệ thống cần phần biệt người sử dụng Gồm phương pháp đa truy nhập chính: o FDMA – đa truy nhập phần chia theo tần số o TDMA – đa truy nhập phần chia theo thời gian o CDMA – đa truy nhập phần chia theo mã 5.2 Đa truy nhập phần chia theo tần số FDMA phương thức đa truy nhập mà hệ thống phân chia băng tần thành băng tần nhỏ Một user phép truyền liên tục theo thời gian băng tần nhỏ mà hệ thống cấp phát cho, khơng bị trùng Băng tần phát đáp tín hiệu từ vài trăm MHz đến vài GHz Hầu hết dải thông 36, 54, 72MHz, 36MHz chuẩn phổ biến truyền hình dịch vụ băng C (6/4GHz) Hình 6.22 Ví dụ phân bố dải tần phát đáp vệ tinh 6/4 GHz cho kênh tuyến xuống trường hợp sử dụng phân cực trực giao 5.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA phương thức đa truy nhập mà hệ thống cho mồi người dùng phát theo cụm (burst) rời rạc Các cụm xếp thành khung (frame) Hình 6.23 6.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian 5.4 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Mỗi user xác định hệ thống nhờ chuỗi mã, tất user sử dụng chung băng tần khoảng thời gian để truy cập hệ thống 5.4.1 Tổng quan Tính chất tập mã: - Mỗi mã phải dễ dàng phân biệt với dịch chuyển theo thời gian - Mỗi mã phải dễ dàng phân biệt với mã khác Có kỹ thuật sử dụng: - Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp DS (Direct Sequence) - Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH (Frequency Hopping) 5.4.2 Mã giả ngẫu nhiên - Phổ rộng Đối với người nhiễu Bên thu bên phát hồn tồn biết quy luật mã 5.4.3 Trải phổ dãy trực tiếp DS Hình 6.24 Mơ tả ngun lý hoạt động hệ thống DS-CDMA 5.4.4 Nhận xét Trong phương pháp đa truy nhập phương pháp CDMA sử dụng phổ biến do: - Tính bảo mật cao Lượng th bao lớn Có tính chống nhiễu cao CHƯƠNG PHỐI HỢP TẦN SỐ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 6.1 Phối hợp tần số gì? Tại cần phối hợp tần số Phối hợp tần số trao đổi, tính tốn với nước khác để tín hiệu thông tin vệ tinh không ảnh hưởng đến nước khác 6.2 Tính tốn nhiễu vệ tinh lân cận 6.2.1 Mơ hình can nhiễu Hình bên mơ tả mơ hình can nhiễu Hình 7.25 mơ hình can nhiễu 6.2.2 Tỷ số C/I đầu vào trạm mặt đất Giả sử công suất phát, khoảng cách từ vệ tinh tới trạm mặt đất, suy hao độ tăng ích theo hướng cực đại vệ tinh sử dụng băng thông chung CHƯƠNG NHIỄU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 7.1 Nhiễu thơng tin vệ tinh 7.1.1 Nhiễu gì? Nhiễu (interference) tín hiệu từ hệ thống khác khơng mong muốn lọt vào băng thông máy thu Hệ thống bị can nhiễu làm ảnh hưởng đến chất lượng tính trung thực tín hiệu có ích 7.1.2 Các loại nhiễu thơng tin vệ tinh 7.1.2.1 Nhiễu FM Là nhiễu khu vực băng tần sóng FM từ 88MHz đến 108MHz can vào thiết bị xử lí trạm mặt đất Nguồn nhiễu: thiết bị phát FM, nhiễu đến ngõ vào IF trạm mặt đất Nguyên nhân gây nhiễu: - Thiết bị IF thu lẫn FM vào chuyển lên vệ tinh Tiếp đất đường truyền RF baseband 7.1.2.2 Nhiễu lệch phân cực Nếu độ cách ly phân cực anten phát < 30dB anten thu thu hai dạng sóng phân cực gây nhiễu cho khách hàng khác Gió bão gây sai lệch hướng 7.1.2.3 Nhiễu xuyên điều chế Do mức công suất phát cao dẫn đến hài bậc cao không mong muốn => giảm chất lượng sóng mang chính, thiệt cơng suất phải phát tín hiệu không mong muốn 7.1.2.4 Nhiễu vệ tinh lân cận Can nhiễu từ vệ tinh lân cận, hướng búp sóng phát anten Tính tốn để thiết lập C/I 7.1.2.5 Nhiễu sét Sét môi trường dơng bão sinh dạng sóng điện ảnh hưởng đến đường truyền gây nhiễu 7.2 Một số phương pháp hạn chế nhiễu cho hệ thống 7.2.1 Các phương pháp triển khai hệ thống Dùng lọc với dải thơng, dải chắn phù hợp Hình 8.26 Bộ lọc dùng cho thông tin vệ tinh Bọc kim chống nhiễu: dựa ngun lí sóng điện từ suy hao nhanh vào kim loại Hình 8.27 Bọc cap dẫn vỏ kim loại để hạn chế can nhiễu điện từ 7.2.2 Các phương pháp xử lí điều chỉnh - Thiết kế quỹ công suất phù hợp - Phối hợp tần số để tránh nhiễu hệ thống vệ tinh lân cận Thay đổi công suất phát từ trạm mặt đất phải cho phép quản lí vệ tinh Thường xuyên kiểm tra hệ thống kiểm thử trước truyền sóng mang lên vệ tinh KẾT LUẬN Qua cơng việc hồn thành tập lớn theo nhóm, nhóm theo sát giảng thầy hiểu rõ học phần Thông Tin Vệ Tinh TS Lâm Hồng Thạch hướng dẫn giảng dạy Việc tổng hợp tập lớn nhiều thiếu sót, nhóm xin tiếp thu nhận xét đánh giá thầy người đọc Em xin chân thành cảm ơn! ... hình 12 CHƯƠNG QUỸ ĐẠO VỆ TINH 13 14 15 16 17 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 2.1 Sơ đồ khối hệ thống thông tin vệ tinh: Cấu trúc tổng quát hệ thống thông tin vệ tinh gồm có phần khơng... tính tốn thiết kế tuyến vệ tinh - Tính tốn thiết kế tuyến vệ tinh nhằm để tính tốn tham số cho hệ thống thông tin vệ tinh ta để không ảnh hưởng tới hệ thống thông tin vệ tinh khác xung quanh đảm... tĩnh Việt nam gia nhập nhóm nước có vệ tinh thơng tin 1.2 Đặc điểm hệ thống thông tin vệ tinh 1.2.1 Ưu điểm Vệ tinh phủ sóng vùng rộng lớn bề mặt Trái Đất Một vệ tinh địa tĩnh, điều kiện tối ưu,